Kahramanmaras Sutcu Imam University Journal of

KSU Mühendislik Bilimleri Dergisi, 20(3), 2017
79
KSU. Journal of EngineeringSciences, 20(3), 2017
Kahramanmaras Sutcu Imam University
Journal of EngineeringSciences
Termal Olarak Sıkıştırılmış Ceviz Kaplama Levhaların Yüzey Kalitesindeki
Değişimlerin Araştırılması
Investigation of Changes in Surface Quality of Thermally Compressed Walnut
Veneer Sheets
Ferhat ÖZDEMİR*1 Ertuğrul ALTUNTAŞ1, Ayşegül ÇOT1, Ahmet TUTUŞ1
1 KahramanmarasSütcü
İmam Üniversitesi, Orman Fakültesi, Orman Endüstri Mühendisliği Bölümü, 46060 Kahramanmaras
*Sorumlu Yazar / Corresponding Author: Ferhat ÖZDEMİR,[email protected]
ÖZET
ABSTRACT
Bu çalışmanın amacı ceviz kaplama levhalar üzerine uygulanan
sıcaklık ve basınç miktarının yüzey kalitesi üzerine etkisini
belirlemek olacaktır. Ceviz kaplama levhalara 3 dakika süre ile 190
oC ve 210 oC sıcaklıklarda 5000, 10000 ve 15000 pound basınç
uygulanmış ve yüzey kalitesindeki değişimler belirlenmiştir.
Levhaların yüzey pürüzlülüğü testleri ISO 4287’ ye göre
ölçülmüştür. Test örneklerinin ortalama pürüzlülük (Ra), on nokta
pürüzlülük ortalama değeri (Rz) ve en büyük pürüzlülük değeri
(Rmax) Marsurf M300 cihazı ile iğne taramalı yöntem ile
ölçülmüştür. Uygulanan basıncın ve sıcaklığın artması ile ceviz
kaplama levhalarının yüzey pürüzlülüğünün geliştiği bulunmuştur.
Yüzey kalitesinin en iyi elde edildiği sonuçlar 210 oC ve 15000
pound basınç uygulanan test numunelerinde belirlenmiştir.
Kaplama levhaların yüzeylerinin sıkıştırılması yüzey kalitesini
olumlu etkilemiştir.
The purpose of study is to determine the effect of the amount of
temperature and pressure applied on the walnut veneer sheets on
surface quality. The walnut veneers were subjected to 5000, 10000
and 15000 pounds of pressure at 190 oC, and 210 oC for 3 minutes,
respectively, and changes in surface quality were determined. The
surface roughness tests of the plates were measured according to
ISO 4287. The average roughness (Ra), ten point roughness
average value (Rz) and maximum roughness value (Rmax) of the
test specimens were measured by the needle scanning method with
a Marsurf M300 instrument. It has been found that the surface
roughness of the walnut veneer plates was improved by the applied
pressure and increasing of the temperature. The best surface
quality results were determined on test specimens at 210 oC and
15000 pounds of pressure. The walnut veneer sheets have a positive
effect on the surface quality of the applied temperature and
pressure.
Anahtar Kelimeler: Basınç, Yüzey kalitesi, Ceviz kaplama,
Sıcaklık.
Keywords: Compression, Surface quality, Walnut veneer,
Temperature.
1. GİRİŞ
Odun malzemenin fiziksel ve mekanik özelliklerinin geliştirilmesi için odun yüzeyinin yoğunlaştırılmasına yönelik birçok
metot bulunmaktadır. Bu metotlarda kullanılan sıkıştırma yöntemi ile odun içerisindeki boşluk hacmi azaltılarak yoğunluk
artırılmaktadır. Masif ahşap ve kaplama levhalarının yoğunlaştırılması, farklı uygulamalarda uzun yıllar kullanılmıştır (Bekhta
ve ark. 2009;Norimoto, 1993; Ünsal ve candan 2008). Basit bir pres işlemi kullanarak odunun yoğunlaştırılması işlemi odunun
sadece yüzeyini düzgünleştirmez, aynı zamanda termal iletkenliğini de geliştirir. Çeşitli yoğunlaştırma yöntemleri ısı ve buharın
kombine edilmesi ile yapılır (Boonstra, 2007). Yoğunlaştırılmış ahşabın yüzey kalitesini değerlendirmek için birçok deneysel
çalışma gerçekleştirilmiştir. Yıldız (2002), ahşabın ısı yolu ile muamele edilmesi ile boyutsal stabilite, biyolojik zararlılara karşı
direncinin, permeabilite, yüzey kalite özelliklerinin geliştiğini bildirmiştir. Yoğunlaştırma uygulamaları, odunun boşluk hacmini
azaltan hücre duvarının azaltılması ile vuku bulmaktadır (Kutnat et al., 2009). Bununla birlikte, muamele edilen ahşabın uygun
özelliklerini sağlamak için, bu işlemin odunun lignin ve hemiselülozlar gibi amorf polimerlerin camsı halden lastik haline geçtiği
ideal bir sıcaklıkta gerçekleşmesi önemlidir (Wolcott et al. 1990; Akerholm et al. 2004). Ahşap kaplamaların yoğunlaştırılması,
ahşap kaplamanın yüzey özelliklerinin iyileştirilmesi için bir yöntem olarak uygulanmaktadır. Yüzey kalitesi, amaçlanan
bağlama kalitesini ve mukavemetini doğrudan etkiler ve tutkal tüketimini azaltır. Ayrıca, yoğunlaştırılmış kaplama üzerindeki
ısı iletiminin daha hızlı olması, sıcak presleme süresinin azaltılmasına yardımcı olabileceği düşünülmektedir. Ahşap malzemeye
ısı muamelesi, malzemenin boyutsal stabilizasyonunu sağlamakta ancak mekanik özelliklerini azaltmaktadır. Termal sıkıştırma
yönteminde ise bu sakınca bulunmamakta olup hatta mekanik özellikleri artırıcı etki yapmaktadır.
Yüzey pürüzlülüğü değerleri tutkal kullanımı için önemli bir parametredir. Kaplamaların yüzey pürüzlülüğü derecesi
kaplamaların tutkal miktarını derinliğine emme özelliği açısından önem arz etmektedir. Ayrıca tutkalın kaplama yüzeyinde
homojen dağılması ve kaplamalar arasında yapışma özelliğini artması açısından da önemli olmaktadır. Bu da özellikle kaplama
levhalar ve kontrplaklar için mukavemet değerlerini etkilemektedir. Düzgün olmayan yüzeylerde mukavemet değerlerinin
geliştirilebilmesi için zımparalama işlemi yapılması gerekmektedir. Aksi takdirde kaba yüzeyli kaplamalarda kaplamalar
KSU Mühendislik Bilimleri Dergisi, 20(3), 2017
80
KSU. Journal of EngineeringSciences, 20(3), 2017
F. Özdemir, E. Altuntaş, A. Çot, A. Tutuş
arasındaki temas yüzeyi azalır ve tutkallama zayıf olur ve mukavemet özellikleri azalır (Kantay ve ark., 2003). Kaba yüzeyler
tutkal kullanımını artırmakta ve tutkal kanamalarına sebep olabilmektedir. Zımparalama işlemi ayrıca ek bir maliyete neden
olmaktadır (Lebow et al., 1998; Taylor et al.,1999). Kaplama levha yüzeyinin kabalığı arttıkça tutkal miktarı artacak ve üretim
maliyetini olumsuz etkileyecektir.
Bu çalışmanın amacı ceviz kaplama levhalar üzerine uygulanan sıcaklık ve basınç miktarının yüzey kalitesi üzerine
etkisini belirlemek olacaktır.
2. MATERYAL ve METOT
2.1. Materyal
Bu çalışmada yüzey sıkıştırması yapılması için 300x300x2 mm boyutlarındaki 0,47 g/cm3 yoğunluğunda ki ceviz kaplamalar
ElazığAltungök büro mobilyaları San. Tic. Ltd. şirketinden elde edilmiştir.
2.2. Metot
2.2.1. Kaplama Levhalara Sıcaklık ve Basınç Uygulaması
Ceviz kaplama levhalara Tablo 1’de verilen parametrelere uygun olarak sıcaklık ve basınç işlemi uygulanmıştır.
Tablo 1. Deney parametreleri
Süre (dk)
Pres Basıncı (pound)
Pres sıcaklığı (oC)
A (Kontrol)
B
3
5000
190
C
3
10000
190
D
3
15000
190
E
3
5000
210
F
3
10000
210
G
3
15000
210
Grup
2.2.2. Yüzey Pürüzlülük Ölçümü
Test örnekleri 10x10x2 mm boyutlarında kesilmiş, 2 hafta süre ile 65±5% bağıl nem ve 20±2 0C sıcaklıkta %12 rutubet
derecesine kadar klimatize edilmiştir. Yüzey pürüzlülüğü, cihazın tarama iğnesinin 5 μm çaplı elmas ucunu örnek yüzeyinde
aşağı–yukarı hareket ettirirken yüzeyde bulunan girinti ve çıkıntıların profili çıkartılmak suretiyle ölçülmektedir. Testler, şekil
1’ de verilen KSU Orman Fakültesinde Marsurf M300 iğne taramalı portatif yüzey ölçüm cihazı ile yapılmıştır. Test örneklerinin
yüzey pürüzlülüğü özelliklerini belirlemek için ISO 4287 standardına (ISO 4287, 1997) uygun şekilde ölçümler yapılmıştır.
Profil girintileri ile çıkıntıları arasında bulunan merkez çizgisi ortalama pürüzlülük değerleri (Ra), on nokta pürüzlülüğü ortalama
değeri (Rz) ve en büyük pürüzlülük değeri (Rmax) değerleri ölçülmüştür. Ölçümler oda sıcaklığında, ölçme hızı 0,5 mm/sn,
tarama uzunluğu 12.5 mm. ve sınır dalga boyu, λc = 2.5 mm olacak şekilde yapılmıştır. Her bir parametredeki kaplama levha
için 4 ölçüm yapılmış ve 8 tekrarlı olmak üzere toplam 32 ölçüm yapılmıştır. Her 100 ölçümden sonra ölçüm cihaz tekrar kalibre
edilmiştir.
Şekil 1.Marsurf M300 yüzey pürüzlülük cihazı ve MDF test örnekleri
KSU Mühendislik Bilimleri Dergisi, 20(3), 2017
81
KSU. Journal of EngineeringSciences, 20(3), 2017
F. Özdemir, E. Altuntaş, A. Çot, A. Tutuş
3. BULGULAR VE TARTIŞMA
Ceviz kaplamaya uygulanan sıcaklık ve basınçlara bağlı olarak elde edilen yüzey pürüzlülüğüne ait parametre değerleri
Tablo 2’de verilmiştir. Sıcaklık ve basınç uygulanan örneklerin hepsinde kontrol örneğine göre yüzey düzgünlüğünün iyileşme
gösterdiği görülmektedir. Kontrol örneklerinde Ra 4.45 μmRz 25.26 μmRmax 37.54 μm bulunmuştur Sıcaklık ve basınç arttıkça
yüzey düzgünlüğünün arttığı belirlenmiştir. En iyi yüzey düzgünlüğü verileri G grubu örneklerde tespit edilmiştir. Ra, Rz ve
Rmax parametreleri kontrol örneklerine göre en fazla G grubu örneklerde bulunmuş ve sırasıyla kontrol örneğine kıyasla %72.81,
%67.46 ve %68.78 iyileşme elde edilmiştir. Aynı sıcaklık uygulanmasına rağmen basıcın artırılması ile ise yüzey düzgünlüğünün
arttığı tespit edilmiştir. B ve D grubu örneklerde basınç farkına göre ise sırasıyla Ra, Rz ve Rmax değerlerindeki iyileşme ise
%32.84, %35.35 ve %41.87 olarak bulunmuştur. 170 oC ve 190 oC sıcaklıklarda basıncın artırılması ile yüzey kalite özelliklerinin
iyileştiği belirlenmiştir.
Tablo 2. Farklı sıcaklık ve basınç altında sıkıştırılan ceviz kaplama levhaların yüzey pürüzlülüğü ölçüm değerleri
Yüzey parametreleri (µm)
Grup
Ra
Rz
Rmax
x
4.45
25.26
37.54
A
s
(0.34)
(3,72)
(5.92)
x
3.35
19.80
27.25
B
s
(0.16)
(1.07)
(4.35)
x
2.39
14.65
22.98
C
s
(0.22)
(1.89)
(2.37)
x
1.64
10,20
13.48
D
s
(0.23)
(1.13)
(3.58)
x
2.25
12,80
15,84
E
s
(0.22)
(1.42)
(1.45)
x
1.80
10.25
12.32
F
s
(0.05)
(0.56)
(1.34)
x
1.21
8.22
11.72
G
s
(0.10)
(1.09)
(2.91)
* x: Aritmetik ortalama, s: standart sapma
Elde edilen sonuçlar Bekhta ve ark. (2012), yaptığı huş ve kızılağaç kaplama levhalara sıkıştırma işlemi uygulayıp elde
ettikleri yüzey düzgünlüğü sonuçları ile uyumludur. Bekhta ve ark. sıkıştırma derecesinin artmasına bağlı olarak yüzey
düzgünlüğünün arttığını bildirmişlerdir. Literatür özeti ve çalışmalara bağlı olarak sıcaklığın ve basınç ise 5000 pounddan 15000
pounda artması ile yüzey düzgünlüğü olumlu etkilenmiştir. Aydın ve Çolakoğlu’da(2002) benzer sonuçlar bulmuşlardır. Kontrol
örneklerinde bazı test ölçümlerinde, Marsurf M300 iğnesi kaplama üzerindeki boşluklara ve çatlaklara girdiği için ölçüm
değerleri sınırın üzerinde olduğu için ölçümler tekrarlanmıştır. Kontrol ve 15000 pound basınç ile 210 oC sıcaklık uygulanmış
test örnekleri yüzey pürüzlülük profilleri Şekil 2’ de verilmiştir.
Şekil 2. Kontrol ve 15000 pound basınç ile 210 oC sıcaklık uygulanmış test örnekleri yüzey pürüzlülük profilleri
Şekil 3’te sıcaklık ve basınca bağlı olarak yüzey pürüzlülüğünde meydana gelen değişimler gösterilmektedir. Yüzey
pürüzlülüğü üzerine birçok faktör etkili olmaktadır. Bunlar arasında yıllık halka yapısı, genç odun, olgun odun, yoğunluk, hücre
yapısı vb. gibi birçok faktör sayılabilir (Dündar ve ark., 2008). Yüzey pürüzlülüğü ahşap ve ahşap esaslı levhalarda zımparalama
KSU Mühendislik Bilimleri Dergisi, 20(3), 2017
82
KSU. Journal of EngineeringSciences, 20(3), 2017
F. Özdemir, E. Altuntaş, A. Çot, A. Tutuş
ve planya makinesindeki kayıp oranını azaltmanın yanı sıra iyi bir yapışma yüzeyi elde etmek için de önem arz etmektedir.
Uygulanan sıcaklık 160 oC’ nin üzerinde iken odunun yüzeyinde lignin plastikleşmeye başlar ve yüzey pürüzlülüğünün
gelişmesine neden olur (Follrich et al. 2006; Ayrılmış andWinandy, 2009). Aksi takdirde odun ve levhanın yüzey pürüzlülüğünü
geliştirebilmek için zımparalamak gerekli olacaktır. Bu işlem malzemenin kalınlığının azalmasına ve hammadde kaybına neden
olacaktır. Isıl işlem yüzey pürüzlülüğünün önemli olduğu ahşap için özellikle de dış mekân mobilyalarında, su ile teması
kaçınılmaz olan sauna, oyun parkları, pencere pervazı vb. gibi kullanım yerlerinde, ahşap esaslı levhalar için de özellikle iç
mekân mobilyalarında önemli olmakta ve bu nedenle de bu işlemi uygulamak gereklilik göstermektedir.
Şekil 3. Ceviz kaplama levhaların sıcaklık ve basınca bağlı olarak yüzey pürüzlülük parametre değerleri
4. SONUÇ VE ÖNERİLER
Ceviz kaplamalara farklı sıcaklık ve basınç uygulayarak yüzey pürüzlülüğü üzerine etkilerinin araştırıldığı bu çalışmada
elde edilen sonuçlar:
1.
2.
3.
Sıcaklığın yüzey düzgünlüğü üzerine etkili olduğu ve sıcaklık arışına bağlı olarak da bu etkinin olumlu olduğu
bulunmuştur. En düzgün yüzeyler en yüksek sıcaklık olan 210 oC’Ra, 1.21, Rz, 8.22 ve Rmax, 11.72 (µm) değerleri ile
tespit edilmiştir.
Uygulanan basıncın yüzey düzgünlüğünü kontrol örneğine kıyasla olumlu yönde etkilediğini ve basıncın artma
derecesine göre bu etkinin de arttığı belirlenmiştir. Hem 170oC’ de hem de 190oC’ de uygulanan basınç artışı yüzey
kalitesini artırmıştır.
Farklı sıcaklık ve basınç uygulayarak yüzey düzgünlüğünün artırılması ile ahşap esaslı levhaların yüzeylerinin
kaplanmasında, LVL ve kontrplak üretiminde kullanılan tutkal miktarı azalacak buna bağlı olarak da üretim
maliyetlerininazalacağı düşünülmektedir.
5. KAYNAKLAR
Akerholm, M., andSalme´n, L. (2004). Softening of Wood Polymers Induced by Moisture Studied by Dynamic FTIR
Spectroscopy, J. Appl. Polym. Sci. 94: 2032–2040.
Aydın, I, Colakoglu G. (2002). The Effects of Veneer Drying Temperature on Wettability, Surface Roughness and Some
Properties of Plywood. In: Proceedings of the Sixth Panel Products Symposium, 9–11 October, Llandudno, Wales, UK. p. 60–
70.
Ayrilmis, N., Winandy J.E. (2009). Effects of Post Heat-treatment on Surface Characteristics and Adhesive Bonding
Performance of Medium Density Fiber Board. Mater Manuf Process, 24, 594–599.
Bekhta, P., Hiziroglu, S., Shepelyuk O. (2009). Properties of Plywood Manufactured from Compressed Veneer as Building
Material. Mater Des; 30(4):947–53.
Bekhta, P., Niemz, P., Sedliacik, J. (2012). Effect of Pre-pressing of Veneer on the Glueability and Properties of Veneer-based
Products. Eur. J. Wood Prod. 70:99–106.
Boonstra, M.J., Blomberg, J. (2007). Semi-isostatic Densification of Heat Treated Radiatapine. Wood SciTechnol 41(7):607–
617Seborg,
KSU Mühendislik Bilimleri Dergisi, 20(3), 2017
83
KSU. Journal of EngineeringSciences, 20(3), 2017
F. Özdemir, E. Altuntaş, A. Çot, A. Tutuş
Candan, Z., Hiziroglu, S., McDonald, A. G. (2010). Surface Quality of Thermally Compressed Douglas Firveneer. Materials&
Design, 31(7), 3574-3577.
Dündar, T., As, N., Korkut, S., Unsal, Ö., (2008). The Effect of Boiling Time on the Surface Roughness of Rotary-Cut Veneers
From Oriental Walnut (Fagusorientalis L.). J. Mater. Process. Tech., 199, 119-123.
Faust, T.D., Rice, J.T. (1986). Effect of Veneer Surface Roughness on Glue-Bond Quality in Southern Pineply Wood. Forest
Prod J; 36(4):57–62.
Follrich, J.,Muller, U., Gindl, W. (2006). Effects of Thermal Modification on the Adhesion Between Spruce. Wood (Piceaabies
Karst.) and a Thermoplastic Polymer, HolzRoh-Werkst, 64, 373–376.
International Standard ISO 4287, (1997). Geometrical Product Specifications (GPS) – Surface Texture: Profile Method—Terms,
Definitions, and Surface Texture Parameters. International Organization for Standardization, Geneva, Switzerland.
Kutnar, A., Kamke, F. A., andSernek, M. (2009). Density Profile and Morphology of Viscoelastic Thermal Compressed Wood.
Wood Sci. Technol. 43: 57–68.
Kantay, R.,Unsal, O., Korkut, S. (2003). Investigations of Surface Roughness of Sliced Walnut and Beech Veneers Produced in
Turkey. Rev Forest Faculty, Univ. Istanbul Ser A; 51(1):15–31.
Lebow, P.K., Winandy, J.E. (1998). The Role of Grade and Thickness in the Degradation of Fire Retardant-Treated Plywood.
Forest Prod J; 48(6):88–94.
Norimoto, M. (1993). Large Compressive Deformation in wood. Mokuzai Gakkaishi 39(8):867–74.
Taylor, J.B., Carrano, A.L., Lemaster, R.L. (1999). Quantification of Process Parameters in a Woods and Ingoperation. Forest
Prod J; 49(5):41–6.
Unsal, O., Candan, Z. (2008). Moisture content, vertical density profile and janka hardness of Thermally Compressed Pinewood
Panels as a Function of Pres Pressure and Temperature. Dry Technol. 26(9):1165–9.
Wolcott, M. P., Kamke, F. A., andDillard, D. A. (1990). Fundamentals of Flake Board Manufacture: Viscoelastic Behavior of
the Wood Component. Wood Fiber Sci. 22: 345–361.
Yıldız, S. (2002). Physical, Mechanical, Technological, and Chemical Properties of Fagus Orientalis and Picea Orientalis Wood
Treated by Heating. PhD Thesis, Blacksea Technical University, Trabzon, Turkey, p 245.